基于Petri网的柔性制造系统控制器设计

基于Petri网的柔性制造系统控制器设计基于Petri网的柔性制造系统控制器设计

一、引言

柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem,简称FMS)是一种高度自动化的生产系统，通过柔性配置的机械、设备、计算机等组成，能够根据市场需求和产品变化快速灵活地进行生产。FMS的核心是控制系统，它负责协调和控制整个生产过程。本文将基于Petri网的控制器设计，介绍柔性制造系统控制器的基本原理和设计方法。

二、Petri网基本原理

Petri网是由德国科学家CarlAdamPetri于1962年提出的一种图论模型，主要应用于描述并发处理过程中的事件与系统之间的关系。它由两个基本元素组成：库所(place)和变迁(transition)。库所表示系统中的状态，变迁表示状态之间的转移。Petri网通过定义库所和变迁之间的弧(Arc)来描述状态转移的条件和行为规则。Petri网具有时序可控性、并发性和死锁检测等特点，非常适用于描述和分析柔性制造系统的控制关系。

三、柔性制造系统控制器设计方法

1.建立Petri网模型

首先，需要根据柔性制造系统的具体需求和工艺流程建立Petri网模型。库所代表系统的状态，如机床、零件、工序等；变迁代表状态之间的转移，如加工、搬运、报警等。根据FMS的特点，要考虑到并发处理、死锁避免等因素，将它们作为Petri网模型的一部分。

2.设计控制策略

根据柔性制造系统的生产需求和控制要求，设计控制策略。控制策略包括资源调度、任务分配、状态监测等。通过设置库所和变迁的权重和延时等属性，可以调整和优化控制策略。

3.状态监测与转移

在柔性制造系统中，需要实时监测各个工序的状态，并进行合适的状态转移。可通过Petri网模型中的变迁，设置相应的触发条件和执行动作，实现状态的自动转移和控制。

4.故障检测和处理

柔性制造系统中，可能会出现设备故障、工艺异常等问题，需要及时检测和处理。可以通过设置合适的监测点和触发条件，在Petri网模型中加入故障检测和处理的机制。当发生故障时，系统能够及时采取应对措施，保证生产的连续性和稳定性。

四、柔性制造系统控制器设计案例

以一个典型的柔性制造系统为例，假设系统由3台加工中心、1台搬运车和1台检测设备组成。系统的任务是将零件从第一台加工中心经过第二台加工中心加工，再通过搬运车进行搬运，最后送到检测设备进行检测。柔性制造系统控制器的设计目标是实现任务的顺序流转、设备协调工作以及故障处理。

根据系统的工艺流程和控制要求，建立Petri网模型。库所分别表示不同机器的状态，变迁分别表示工序和搬运的转移。通过定义库所和变迁之间的弧，实现状态的转移控制。

设计控制策略。设置库所和变迁的权重和延时，根据任务的优先级和机器的性能进行设置。通过控制策略，调度任务的执行和设备的协调工作。

实时监测和控制。系统需要实时监测各个工序的状态，并进行合适的状态转移。设置触发条件和执行动作，使系统能够根据实际生产情况进行自动控制。

故障检测和处理。当设备发生故障时，需要及时检测并采取相应的处理措施。在Petri网模型中加入故障检测和处理的机制，保证系统的稳定性和连续性。

五、总结

本文介绍了基于Petri网的柔性制造系统控制器设计方法。通过建立Petri网模型、设计控制策略、实时监测和控制、故障检测和处理等步骤，实现柔性制造系统的有效控制和协调。通过该方法，能够提高柔性制造系统的生产效率和灵活性，满足不同产品和市场需求。但在实际应用中，还需要根据具体情况对控制器进行调优和改进，以适应不同的生产环境和需求综上所述，基于Petri网的柔性制造系统控制器设计方法可以实现对系统的序流转、设备协调工作以及故障处理的有效控制和协调。通过建立Petri网模型，可以通过定义库所和变迁之间的弧来实现状态的转移控制。设计控制策略可以根据任务的优先级和机器的性能来设置库所和变迁的权重和延时，从而调度任务的执行和设备的协调工作。通过实时监测和控制，系统能够根据实际生产情况进行自动控制。而故障检测和处理机制能够及时检测设备故障并采取相应的处理措施，